一种带隙参考电压电路的制作方法

1.本发明涉及电路设计领域，特别是涉及一种带隙参考电压电路。


背景技术：

2.带隙参考电压电路能够提供不易受温度影响的电压，因此带隙参考电压电路作为稳定的电压提供源而得到了广泛应用。带隙参考电压电路的基础原理是将正温度系数的电压与负温度系数的电压以适当的比例相加从而得到与温度无关的电压基准，现有技术中的带隙参考电压电路只能产生一个特定的零温度系数的参考电压(通常为1.25v)，这使得利用带隙参考电压电路提供的参考电压工作的数位电路的损耗比较高，因此如何通过带隙参考电压电路得到更小的零温度系数参考电压是急需解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种带隙参考电压电路，能够生成小于常规的零温度系数的参考电压，从而降低利用带隙参考电压电路提供的参考电压工作的数位电路的损耗。
4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种带隙参考电压电路，包括正负温度系数电压生成电路、温度系数补偿电路和分压电路；
5.所述正负温度系数电压生成电路用于生成正温度系数电压和负温度系数电压；
6.所述温度系数补偿电路用于基于所述正温度系数电压和所述负温度系数电压生成零温度系数电压；
7.所述分压电路的第一端与所述温度系数补偿电路的输出端连接，第二端接地，位于所述第一端与所述第二端之间的输出端用于输出参考电压。
8.优选的，所述正负温度系数电压生成电路包括第一nmos、第二nmos与第一电阻；
9.所述第一电阻的第一端与所述第一nmos的栅极连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第一nmos的漏极以及第二nmos的栅极连接，所述第一nmos的源极与所述第二nmos的源极均接地；
10.所述第一nmos的栅极与源极之间的电压作为所述负温度系数电压，所述第一电路两端的电压作为所述正温度系数电压。
11.优选的，所述温度系数补偿电路包括放大器、第二电阻和第三电阻；
12.所述放大器的正输入端与所述第一电阻和所述第一nmos连接的公共端以及所述第一电阻的第一端连接，所述放大器的负输入端与所述第二nmos的漏极以及第三电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第二端连接，所述放大器的输出端连接启动电路的输出端，其中，所述启动电流用于输出启动电流。
13.优选的，所述第二电阻的阻值等于所述第三电阻的阻值。
14.优选的，所述分压电路包括多个依次串联的分压电阻；
15.串联后的分压电阻的第一端作为所述分压电路的第一端，串联后的分压电阻的第二端作为所述分压电路的第二端，位于所述分压电路的第一端和所述分压电路的第二端之
间的输出分压电阻的一端作为所述参考电压。
16.优选的，各个所述分压电阻均为低温度系数的分压电阻。
17.优选的，还包括零温度参考电流生成电路；
18.所述零温度参考电流生成电路用于基于所述参考电压生成零温度系数的参考电流。
19.优选的，所述零温度参考电流生成电路包括第一pmos；
20.所述第一pmos的源极连接电源，栅极用于输入启动电流，漏极与所述温度系数补偿电路的输出端连接。
21.优选的，所述零温度参考电流生成电路还包括第二pmos；
22.所述第二pmos的源极连接所述电源，栅极与所述第一pmos的栅极连接，漏极与所述分压电路的输出端连接。
23.综上，本发明提供了一种带隙参考电压电路，包括正负温度系数电压生成电路、温度系数补偿电路和分压电路，正负温度系数电压生成电路产生正温度系数电压和负温度系数电压，温度系数补偿电路基于正温度系数电压和负温度系数电压生成零温度系数电压，分压电路的第一端的电压为零温度系数电压，分压电路的第二端接地，通过调整分压电路中第一端与分压端以及第二端与分压端之间的分压使得参考电压小于零温度系数电压，从而降低利用带隙参考电压电路提供的参考电压工作的数位电路的损耗。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明提供的一种带隙参考电压电路的电路图；
26.图2为本发明提供的另一种带隙参考电压电路的电路图。
具体实施方式
27.本发明的核心是提供一种带隙参考电压电路，能够生成小于常规的零温度系数的参考电压，从而降低利用带隙参考电压电路提供的参考电压工作的数位电路的损耗。
28.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.考虑到现有技术中带隙参考电压电路只能产生一个特定的零温度系数的参考电压(通常为1.25v)，这使得利用带隙参考电压电路提供的参考电压工作的数位电路的损耗比较高，因此如何通过带隙参考电压电路得到更小的零温度系数参考电压是急需解决的问题。
30.请参照图1，图1为本发明提供的一种带隙参考电压电路的电路图，该带隙参考电压电路包括正负温度系数电压生成电路1、温度系数补偿电路2和分压电路3；
31.正负温度系数电压生成电路1用于生成正温度系数电压和负温度系数电压；
32.温度系数补偿电路2用于基于正温度系数电压和负温度系数电压生成零温度系数电压；
33.分压电路3的第一端与温度系数补偿电路2的输出端连接，第二端接地，位于第一端与第二端之间的输出端用于输出参考电压vref。
34.为解决现有技术中的带隙参考电压电路无法产生较小的(例如小于1v)的零温度系数的参考电压的缺点，本技术提供了一种具有分压电路3的带隙参考电压电路，带隙参考电压电路中的正负温度系数电压生成电路1首先生成正温度系数电压和负温度系数电压，然后温度系数补偿电路2将正温度系数电压和负温度系数电压按照一定的比例相加得到不受温度变化影响的零温度系数电压，带隙参考电压电路没有将零温度系数电压直接输出，而是通过分压电路3将零温度系数电压分压之后的参考电压vref作为带隙参考电路最终的输出。通过调整分压电路3的分压比可以调整最终输出的参考电压vref的大小，因此能够得到相对较小的零温度系数参考电压vref，从而降低使用零温度系数参考电压vref工作的数位电路的损耗。
35.通过上述带隙参考电压电路可以得到较小的，例如小于1v的零温度系数参考电压，也即小于现有技术中的带隙参考电压电路生成的零温度系数参考电压，因此数位电路使用本技术中的带隙参考电压电路生成的零温度系数参考电压工作能够降低损耗。
36.本实施例对于正负温度系数电压生成电路1、温度系数补偿电路2以及分压电路3的具体电路结构不做特别限定，可实现上述功能即可。
37.在上述实施例的基础上：
38.作为一种优选的实施例，正负温度系数电压生成电路1包括第一nmos m1、第二nmos m2与第一电阻r1；
39.第一电阻r1的第一端与第一nmos m1的栅极连接，第一电阻r1的第二端分别与第一nmos m1的漏极以及第二nmos m2的栅极连接，第一nmos m1的源极与第二nmos m2的源极均接地；
40.第一nmos m1的栅极与源极之间的电压作为负温度系数电压，所述第一电路两端的电压作为正温度系数电压。
41.考虑到现有技术中的带隙参考电压电路通常是通过双极性晶体管实现输出零温度系数参考电压的目的，具体的，现有技术中的负温度系数电压可借由双极性晶体管的基极和发射机之间的电压生成，正温度系数电压借由两个操作在不同电流密度的双极性晶体管的基极和发射极之间的电压差产生，但是上述电路由于使用双极性晶体管导致存在电路面积大的缺点，为此，在本实施例中借助mos管生成正温度系数电压和负温度系数电压，在此基础上再通过温度系数补偿电路2以及分压电路3生成比现有技术中的零温度系数参考电压小的参考电压。
42.请参照图1，图1为本发明提供的一种带隙参考电压电路的电路图，正负温度系数电压生成电路1包括第一nmos m1、第二nmos m2与第一电阻r1，第一nmos m1的漏极电流与第二nmos m2的漏极电流相同且均可表示为：i1＝i2＝id＝i0*(w/l)exp((vgs-vth)/(n*vt))(1-exp(-vds/vt))，其中，i0＝u*cox*(n-1)*vt2，其中，u为电子漂移率，cox为nmos的绝缘层电容的容值，n为次临界区系数，vgs为nmos的栅极与源极之间的电压差，vds为nmos
的漏极与源极之间的电压差，vth为nmos的门槛电压，vt为热电压(约为26mv)，w/l为nmos的宽长比。
43.若使得vds》4vt，则第一nmos m1的漏极电流与第二nmos m2的漏极电流相同且均可表示为：i1＝i2＝id＝i0*(w/l)exp((vgs-vth)/(n*vt))，由此可推导出vgs＝vth+n*vt*ln(iu/i0)，其中，iu＝id/
44.(w/l)，其中，w/l为nmos的宽长比，若第二nmos m2的宽长比为第一nmos m1的宽长比的k倍，则vgs1-vgs2＝n*vt*ln(k)，其中，vt具有正温度系数，n介于1至2之间，因此可确定vgs1-vgs2为正温度系数电压。又由于vgs1为负温度系数电压，因此上述电路可实现正负温度系数电压生成电路1生成正温度系数电压与负温度系数电压的功能。
45.并且，在本实施例中正负温度系数电压生成电路1并没有使用双极性晶体管，而是利用mos管生成正温度系数电压和负温度系数电压，从而减小了带隙参考电压电路的整体面积。
46.此外，在本实施例中需要控制第一nmos m1和第二nmos m2工作在亚阈值区，通过调整第一电阻r1的阻值以及调整第一nmos m1与第二nmos m2的宽长比实现，本技术对此不作过多介绍。
47.作为一种优选的实施例，温度系数补偿电路2包括放大器、第二电阻r2和第三电阻r3；
48.放大器的正输入端与第一电阻r1和第一nmos m1连接的公共端以及第一电阻r1的第一端连接，放大器的负输入端与第二nmos m2的漏极以及第三电阻r3的第一端连接，第二电阻r2的第二端与第三电阻r3的第二端连接，放大器的输出端连接启动电路的输出端，其中，启动电流用于输出启动电流。
49.在本实施例中，基于正温度系数电压与负温度系数电压生成零温度系数电压的温度系数补偿电路2包括放大器、第二电阻r2和第三电阻r3，借由放大器的虚短特性使放大器的两个输入端的电压近似达到整流的目的。
50.此处以第二电阻r2的阻值等于第三电阻r3的阻值的情况具体说明生成零温度系数电压的过程。i1＝i2＝(vgs1-vgs2)/r1，vbgr＝vgs1+
51.(vgs1-vgs2)r2/r1，其中，i1为第一nmos m1的源极输出的电流，i2为第二nmos m2的源极输出的电流，vgs1为第一nmos m1的栅极与源极之间的电压差，vgs2为第二nmos m2的栅极与源极之间的电压差，r1为第一电阻r1的阻值，r2为第二电阻r2的阻值。
52.通过上式可知，调整第一电阻r1的阻值以及第二电阻r2的阻值可以使得vbgr为零温度系数电压，然后vbgr通过分压电阻的分压即可得到较小的参考电压vref。
53.此外，本实施例对于上述各电阻的阻值不做特别限定，可根据实际情况进行选择。
54.作为一种优选的实施例，分压电路3包括多个依次串联的分压电阻；
55.串联后的分压电阻的第一端作为分压电路3的第一端，串联后的分压电阻的第二端作为分压电路3的第二端，位于分压电路3的第一端和分压电路3的第二端之间的输出分压电阻的一端作为参考电压vref。
56.请参照图1，图1为本发明提供的一种带隙参考电压电路的电路图，本实施例中利用多个依次串联的分压电阻作为分压电路3，位于分压电路3的第一端和分压电路3的第二端之间的输出分压电阻的一端作为参考电压vref，从而实现通过带隙参考电压电路输出小
于1v的零温度系数参考电压vref的目的。
57.并且，本实施例对分压电路3中的各个分压电阻的阻值不做具体限定，可根据实际情况进行选择。实现分压功能的分压电路有多种，本实施例中的分压电路具有电路结构简单、稳定且成本低的优点。
58.此外，为了进一步保证带隙参考电压电路输出的参考电压vref不受温度的影响，在本实施例中，各个分压电阻均为低温度系数的分压电阻，也即各个分压电阻受到温度变化的影响的程度非常小，从而进一步保证了带隙参考电压电路输出的参考电压vref的可靠性。
59.作为一种优选的实施例，还包括零温度参考电流生成电路；
60.零温度参考电流生成电路用于基于参考电压vref生成零温度系数的参考电流。
61.考虑到现有技术中的带隙参考电压电路通常只能提供零温度系数参考电压vref，却受限于自身电路结构导致无法同时提供偏置电流也即零温度系数的参考电流，因此，在本实施例中在带隙参考电压电路中还额外设置有用于基于参考电压vref生成零温度系数的参考电流的零温度参考电流生成电路。
62.作为一种优选的实施例，零温度参考电流生成电路包括第一pmos m3；
63.第一pmos m3的源极连接电源，栅极用于输入启动电流，漏极与温度系数补偿电路2的输出端连接。
64.在本实施例中通过第一pmos m3的漏极的电流作为零温度系数的参考电流，具体的，第一pmos m3的源极连接电源，栅极连接启动电路的输出端以输入启动电流，漏极与温度系数补偿电路2的输出端连接从而使得漏极输出的电流同样与温度的变化无关。
65.另外，请参照图2，图2为本发明提供的另一种带隙参考电压电路的电路图。为了提供更多的参考电流输出端，以及增加更多可调节零温度系数的参考电压vref的参数，还可以设置与第一pmos m3共栅极共源极的第二pmos m4。第二pmos m4的源极连接电源，栅极与第一pmos m3的栅极连接，漏极与分压电路3的输出端连接，因此第二pmos m4的漏极的电流同样与温度的变化无关，增强带隙参考电压电路的实用性。
66.图2中的i
x
即为参考电流，i
x
＝2(vgs1-vgs2)/r1+i5，i5＝(vbgr-vref)/r5，vbgr＝vgs1+(vgs1-vgs2)((r2+r4)/r1，结合上述两式可以推导出((1/2)*r6+1/r5)*vref＝vgs1/r5+(vgs1-vgs2)(1+
67.(r2+r4)/r5)/r1，其中，vgs1为负温度系数电压，vgs1-vgs2为正温度系数电压，通过调整上式中各个参数的值则可使得vref为较小的零温度系数的参考电压。
68.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
69.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的
一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种带隙参考电压电路，其特征在于，包括正负温度系数电压生成电路、温度系数补偿电路和分压电路；所述正负温度系数电压生成电路用于生成正温度系数电压和负温度系数电压；所述温度系数补偿电路用于基于所述正温度系数电压和所述负温度系数电压生成零温度系数电压；所述分压电路的第一端与所述温度系数补偿电路的输出端连接，第二端接地，位于所述第一端与所述第二端之间的输出端用于输出参考电压。2.如权利要求1所述的带隙参考电压电路，其特征在于，所述正负温度系数电压生成电路包括第一nmos、第二nmos与第一电阻；所述第一电阻的第一端与所述第一nmos的栅极连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第一nmos的漏极以及第二nmos的栅极连接，所述第一nmos的源极与所述第二nmos的源极均接地；所述第一nmos的栅极与源极之间的电压作为所述负温度系数电压，所述第一电路两端的电压作为所述正温度系数电压。3.如权利要求2所述的带隙参考电压电路，其特征在于，所述温度系数补偿电路包括放大器、第二电阻和第三电阻；所述放大器的正输入端与所述第一电阻和所述第一nmos连接的公共端以及所述第一电阻的第一端连接，所述放大器的负输入端与所述第二nmos的漏极以及第三电阻的第一端连接，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第二端连接，所述放大器的输出端连接启动电路的输出端，其中，所述启动电流用于输出启动电流。4.如权利要求3所述的带隙参考电压电路，其特征在于，所述第二电阻的阻值等于所述第三电阻的阻值。5.如权利要求3所述的带隙参考电压电路，其特征在于，所述分压电路包括多个依次串联的分压电阻；串联后的分压电阻的第一端作为所述分压电路的第一端，串联后的分压电阻的第二端作为所述分压电路的第二端，位于所述分压电路的第一端和所述分压电路的第二端之间的输出分压电阻的一端作为所述参考电压。6.如权利要求5所述的带隙参考电压电路，其特征在于，各个所述分压电阻均为低温度系数的分压电阻。7.如权利要求1至6任一项所述的带隙参考电压电路，其特征在于，还包括零温度参考电流生成电路；所述零温度参考电流生成电路用于基于所述参考电压生成零温度系数的参考电流。8.如权利要求7所述的带隙参考电压电路，其特征在于，所述零温度参考电流生成电路包括第一pmos；所述第一pmos的源极连接电源，栅极用于输入启动电流，漏极与所述温度系数补偿电路的输出端连接。9.如权利要求8所述的带隙参考电压电路，其特征在于，所述零温度参考电流生成电路还包括第二pmos；所述第二pmos的源极连接所述电源，栅极与所述第一pmos的栅极连接，漏极与所述分
压电路的输出端连接。

技术总结
本发明公开了一种带隙参考电压电路，涉及电路设计领域，包括正负温度系数电压生成电路、温度系数补偿电路和分压电路，正负温度系数电压生成电路产生正温度系数电压和负温度系数电压，温度系数补偿电路基于正温度系数电压和负温度系数电压生成零温度系数电压，分压电路的第一端的电压为零温度系数电压，分压电路的第二端接地，通过调整分压电路中第一端与分压端以及第二端与分压端之间的分压使得参考电压小于零温度系数电压，从而降低利用带隙参考电压电路提供的参考电压工作的数位电路的损耗。的损耗。的损耗。


技术研发人员：吴哲玮
受保护的技术使用者：厦门凌阳华芯科技股份有限公司
技术研发日：2023.02.17
技术公布日：2023/7/13